Nyugat-magyarországi Egyetem. Doktori értekezés tézisei

Átírás

1 Nyugat-magyarországi Egyetem Doktori értekezés tézisei Éghajlati alkalmazkodóképesség és válaszreakció előrejelzése erdeifenyő (Pinus sylvestris L.) populációkon Nagy László Sopron 2010.

2 Roth Gyula Erdészeti és Vadgazdálkodási Tudományok Doktori Iskola Erdei ökoszisztémák ökológiája és diverzitása program Témavezető: Dr. Mátyás Csaba

3 Bevezetés A hazai erdők jelentős része jelen viszonyaink között is a zárt erdőjellegű vegetáció számára határhelyzetet jelentő éghajlati viszonyok között tenyészik az alsó erdőhatár közelében. Az utóbbi évtizedekben és napjainkban is tapasztalható tömeges erdőkárok előrevetítik azokat a nehézségeket, amelyekkel az erdőgazdálkodás szembesülhet a prognosztizált éghajlat-változás hatására. Az erdei fafajok klímaadaptációs készségének feltárása lehetőséget teremt arra, hogy felmérjük annak következményeit a hazai erdőtakaróra nézve. Célkitűzések A kutatás alapvető célja volt, hogy a származási kísérletekben mért adatok alapján leírja az erdeifenyő, mint teszt-fafaj fajon belüli adaptív változatosságát, feltárja e változatosság földrajzi-ökológiai mintázatát, a tényadatokra építve meghatározza a változatossággal kapcsolatba hozható éghajlati tényezők körét és hatását, 1

4 a feltárt összefüggések segítségével olyan, tényadatokra építő modell felállítása, mely felhasználható a klímaváltozás hatásainak prognosztizálására; meghatározza azon populációk körét, amelyek fenotípusos stabilitásuk révén a kedvezőtlen irányú változásokat ésszerű mértékű veszteség mellett kompenzálni képesek. Anyag és módszer Az éghajlati alkalmazkodóképesség változatosságának, mintázatának genetikai vizsgálatára a meglevő származási kísérletek adatai megfelelő alapot nyújtanak. Az eredeti élőhelyükről a kísérletekbe áthelyezett populációk a környezet megváltozására (amit a kísérlet helyének és az eredeti élőhely ökológiai távolsága képez) adott reakciói alkalmasak lehetnek a klímaváltozás hatásainak szimulálására. A vizsgálatok terepi bázisát a VNIILM által létesített, az erdeifenyő elterjedési területének jelentős részét lefedő kísérlethálózat, valamint az ERTI által létesített és kezelt származási kísérletek szolgáltatták. Összesen 37 kísérlet, 145 közép- és kelet-európai, valamint ázsiai erdeifenyő származás növekedési adatai álltak rendelkezésre szakirodalmi közlések 2

5 és az ERTI adattárának köszönhetően. Az éghajlati adatok forrását a Worldclim klimatikus adatbázis magas felbontású globális felületmodelljei szolgáltatták. A növekedési és éghajlati adatsorok felhasználásával egyszerű, regressziós modellek kerültek kidolgozásra, melyek segítségével feltárhatóvá vált a teszt-fafaj alkalmazkodóképességének földrajzi-ökológiai mintázata, e mintázat egyes éghajlati jellemzőkkel való összefüggése, az egyes populációcsoportok fenotípusos plaszticitásának mértéke. Eredmények, következtetések A korábbi vizsgálatok eredményeivel egybehangzóan jelentős populációk közötti változatosság volt kimutatható az adaptív bélyegek tekintetében. A feltárt földrajzi mintázat gyakorlatilag megegyezik a korai, 5-9 éves korban elvégzett értékelések során kimutatottal, miszerint a hazai, jelentős kontinentális hatással érintett termőhelyeken az ukrán sztyeppés erdőssztyepp-vidéket, Nyugat-Oroszországot és Kelet- Lengyelországot reprezentáló populációk teljesítménye rendszerint eléri vagy meghaladja a helyi származásokét. A legjobb kezelések növekedése mintegy százalékkal haladta meg a kísérleti főátlagokat. 3

6 A vizsgált eurázsiai származások körében a populációk közötti változatosság klinális és az éghajlati tényezőkkel szoros kapcsolatot mutat. A mintázat kialakításában hőmérsékleti faktorok játszanak főszerepet, a csapadékviszonyok hatása csupán másodlagos. Az área mintavétellel és kísérletekkel lefedett területén az adaptív tulajdonságok befolyásolásában a fotoperiódus hatása elhanyagolható. A hazai kísérletek adatai alapján a klimatikus környezet hatása a populáción belüli adaptív változatosságra szintén nem volt kimutatható. A populációk áttelepítése által kiváltott adaptív válasz is elsősorban hőmérsékleti jellegekkel mutat szorosabb kapcsolatot. Az indukált válaszok a fajra nézve nem egységesek. Egy adott hatásra populációk (vagy populáció-csoportok) egymástól gyökeresen eltérően reagálhatnak alkalmazkodottságuk és fenotípusos plaszticitásuk függvényében. Hat, a hazai körülményekhez hasonlóan számottevő kontinentális hatásnak kitett kísérlet adatai alapján a felállított modell a középtávú éghajlati forgatókönyvek által valószínűsített 2 ºC mértékű éves átlaghőmérséklet-emelkedés mintegy 15 százaléknyi növekedés-visszaesést valószínűsített az elterjedési terület déli határa mentén. Tekintve, hogy a 4

7 vizsgált kísérletekben jelentős, nem technológiai okokra visszavezethető mortalitás nem került feljegyzésre, a toleranciahatár számszerű meghatározására nem nyílt lehetőség. Az elemzések rámutattak arra, hogy a szárazsági határ közelében a helyi körülményekhez alkalmazkodott populációk is jelentős éghajlati stressz alatt tenyésznek. A stresszfeltételek alól szabadulva azonban a javuló környezeti feltételeket csupán korlátozottan képesek kihasználni. A származási kísérletek növekedési adatainak együttes regressziós elemzése jelentős populációk közötti változatosságot tárt fel a fenotípusos plaszticitás tekintetében. A hazai viszonyok között jó teljesítményű közép-európai származások jelentős része speciális alkalmazkodóképességet mutat a melegebb, szárazabb ökológiai viszonyokhoz, azonban egy viszonylag csekély méretű kedvezőtlen változás könnyen kimerítheti adaptációs készségüket. Jó általános alkalmazkodóképességű populációk az elterjedési terület teljes vizsgált hányadán fellelhetők, előfordulások súlypontot Nyugat-Oroszországban képez. A hazai kísérletekben mutatott jó növekedéssel ez a tulajdonság leggyakrabban az orosz-ukrán határvidéken élő populációk esetében párosul. 5

8 Az ismertetett erdeifenyő-, valamint a rendelkezésre álló lucfenyő- és bükk-modellből levonható következtetések arra utalnak, hogy a hazai, számos fafaj szempontjából határhelyzetet jelentő éghajlati körülmények között a klimatikus alkalmazkodás kérdéskörének fokozott jelentőséget kell tulajdonítanunk, az erdészeti szaporítóanyag-gazdálkodás szabályozásában fokozott figyelemmel és szigorral, gyakorlatában pedig fokozott óvatossággal és mértékletességgel kell eljárnunk. 6

9 Tézisek I. Az eurázsiai erdeifenyő populációk körében jelentős mértékű, ökológiai tényezőkkel kapcsolatba hozható változatosság mutatható ki mind alkalmazkodottság, mind alkalmazkodóképesség tekintetében. Az adaptív tulajdonságok populációk közötti változatossága klinális jellegű, a teszt-fafaj ökológiai igényeivel összhangban döntően és gyakran determinisztikusan hőmérsékleti jellemzők által meghatározott. A csapadékviszonyok és a fotoperiódus hatása a változatosság szempontjából alárendelt. II. Ezen összefüggések szorossága és jellege lehetővé teszi, hogy kísérletekben mért, tényszerű adatokra támaszkodva előrejelzést adjunk a várható klímaváltozás hatásaira. III. Egy 2 ºC mértékű éves középhőmérséklet-emelkedés a szárazsági határ környékén, erőteljes klimatikus stressz alatt tenyésző erdeifenyő populációk körében 15%-ot meghaladó növekedés-veszteséget okozhat. IV. A klímaváltozás negatív hatásának ellensúlyozására a fenotípusos plaszticitás kiaknázása okszerű alternatívát kínál. A plaszticitás mértéke genetikailag meghatározott, elsősorban éghajlati paraméterek által uralt. A növekedési tulajdonságok 7

10 változatosságához hasonlóan a tapasztalt változatosság hőmérsékleti paraméterekkel hozható összefüggésbe. Az alkalmazott modell segítségével a plaszticitás földrajziökológiai változatossága feltárható volt. Jó általános alkalmazkodóképességet mutató populációk Nyugat- Oroszországban képeznek súlypontot, a hazai körülmények között kiemelkedő produkciót nyújtó régióval az orosz-ukrán határvidéken kerülnek átfedésbe. V. A hazai klimatikus forgatókönyvek által felvázolt perspektíva alapján a szaporítóanyag-források értékelésénél az alkalmazkodottság (azaz fatömeg-produkció) maximalizálása helyett a gyors környezeti változásokat jobban toleráló, plasztikus populációk felkeresését és használatát, azaz az alkalmazkodóképesség maximalizálását szükséges hangsúlyozni. 8

11 Publikációk Könyvrészlet [1] NAGY L. (2002): Feketefenyő. In: Mátyás Cs. (2002): Erdészeti-természetvédelmi genetika, Mezőgazda Kiadó, Budapest, p [2] MÁTYÁS CS., NAGY L., UJVÁRINÉ JÁRMAY É. (2009): Genetic background of response of trees to aridification at the xeric forest limit and consequences for bioclimatic modelling. In: STRELCOVÁ, K. ET AL. (szerk.): Bioclimatology and natural hazards. Springer, p Magyar nyelvű közlemény [3] BARTHA D., NAGY L. (1999): A hazai szil fajok génmegőrzése. In: MÁTYÁS CS. (szerk.): Genetikailag veszélyeztetett, ritka fafajok génmegőrzésének gyakorlati teendői. OMMI, Budapest, p [4] KOLTAY A., NAGY L. (1999): Feketefenyő klónok fogékonysága a Sphaeropsis sapinea és Dothistroma septospora kórokozók fertőzésével szemben. Erdészeti Kutatások 89: [5] NAGY L. (1999): Kövi benge (Rhamnus saxatilis). In: BARTHA D., BÖLÖNI J., KIRÁLY G. (szerk.): Magyarország ritka fa- és cserjefajai. Tilia 7: [6] KOLTAY A., NAGY L. (2000): Rezisztencia-vizsgálatok erdei- és feketefenyőn. Magkutatás, Termesztés, Kereskedelem 14 (1):

12 [7] NAGY L. (2000): A fenyőnemesítés jelenlegi helyzete, a várható tendenciák. Magkutatás, Termesztés, Kereskedelem 14 (1): [8] NAGY L. (2000): Ex situ génmegőrzési tevékenység az ERTI-ben. Magkutatás, Termesztés, Kereskedelem 14 (1):: [9] BOROVICS A., GERGÁCZ J., NAGY L. (2002): A biológiai alapok hasznosítása az erdészetben. Az Erdészeti Tudományos Intézet Kiadványai 17. Az erdészeti kutatás szerepe az ágazat fejlesztésében, p [10] KOLTAY A., NAGY L. (2002): A Sclerophoma pithyophila (CORDA) HÖHN biológiája és különböző erdeifenyő klónok eltérő fogékonysága a kórokozóval szemben. Erdészeti Kutatások 90: [11] MÁTYÁS CS., NAGY L., UJVÁRINÉ JÁRMAY É. (2007): Klimatikus stressz és a fafajok genetikai válaszreakciója az elterjedés szárazsági határán: elemzés és előrejelzés, In: MÁTYÁS CS., VIG P. (szerk.): Erdő és klíma V., Nyugat-Magyarországi Egyetem, Sopron, p [12] MÁTYÁS CS., NAGY L., UJVÁRINÉ JÁRMAY É. (2009): Klimatikus stressz és a fafajok genetikai válaszreakciója az elterjedés szárazsági határán: elemzés és előrejelzés. Klíma-21 Füzetek 56: Idegen nyelvű közlemény [13] COLLIN, E., RUSANEN, M., AKZELL, L., BOHNEN, J., A. DE AGUIAR, S. DIAMANDIS, A. FRANKE, L. GIL, L. HARVENGT, P. HOLLINGSWORTH, G. JENKINS, A. MEIER- DINKEL, L. MITTEMPERGHER, B. MUSCH, L. NAGY, M. 10

13 PAQUES, J. PINON, D. PIOU, P. ROTACH, A. SANTINI, A. VAN DEN BROECK, H. WOLF (2004): Methods and progress in the conservation of elm genetic resources in Europe. Sistemas y Recursos Forestales 13(1): [14] NAGY L., DUCCI, F. (2004): EUFORGEN Technical Guidelines for genetic conservation and use for field maple (Acer campestre), International Plant Genetic Resources Institute, Róma, 6 pp. [15] MÁTYÁS CS., NAGY L. (2005): Genetic potential of plastic response to climate change. Proceedings of the Conference Genetik und Waldbau, Teisendorf, Germany, p [16] BOROVICS A., NAGY L. (2007): Forest genetic conservation. In: TÖRÖK K., TORDA G. (ed.): Review of biodiversity research results from Hungary that directly contribute to the sustainable use of biodiversity in Europe. Institute of Ecology and Botany of the Hungarian Academy of Sciences, Budapest, p [17] ĆELEPIROVIĆ, N., IVANKOVIĆ, M., GRADEČKI- POŠTENJAK, M., NAGY L., BOROVICS A., AGBABA, S. N., LITTVAY, T. (2009): Review of investigation of variability of nad1 gene intron B/C of mitochondrial genome in Scots pine (Pinus sylvestris L.). Periodicum Biologorum 111 (4): Összefoglaló [18] KOLTAY A., NAGY L. (2000): Erdei és feketefenyő klónok eltérő érzékenysége néhány tűelhalást előidéző 11

14 kórokozóval szemben. Növényvédelmi Tudományos Napok, , Budapest, p [19] KOLTAY A., NAGY L. (2001): Változatosság a hajtáspusztulást, tűvörösödést előidéző kórokozókkal szembeni érzékenység tekintetében erdei- és feketefenyőn. VII. Növénynemesítési Tudományos Napok, , Budapest, p. 58. [20] MÁTYÁS CS., NAGY L. (2001): Az erdészeti genetikai erőforrások megőrzése. VII. Növénynemesítési Tudományos Napok, , Budapest, p. 45. [21] NAGY L., MÁTYÁS CS. (2001): Modellierung der phänotypischen Variation von eurosibirischen Kieferherkünften. Nachhaltige Nutzung forstgenetischer Ressourcen, SLAF, Graupa, p [22] MÁTYÁS CS., NAGY L. (2004): Konservativität der Anpassung im Klimawandel - aus der Sicht eines transkontinentalen Kiefern-Provenienzversuches. Forum Genetetik-Wald-Forstwirtschaft, , Teisendorf, Németország, p [23] MÁTYÁS CS., NAGY L., UJVÁRINÉ JÁRMAY É. (2007):Klimatikus stressz és a fafajok válaszreakciójának elemzése közös tenyészkerti kísérletek alapján. A Nyugat-magyarországi Egyetem Erdőmérnöki Karának Erdészeti Tudományos Konferenciája, , Sopron, p. 24. [24] MÁTYÁS CS., NAGY L., UJVÁRINÉ JÁRMAY É. (2008): A klímaváltozás hatása fafajaink alkalmazkodóképességére elemzés és előrejelzés. Erdészeti Lapok 143:

15 Sajtó alatt [25] FÜHRER E., RASZTOVITS E., CSÓKA GY., LAKATOS F., BORDÁCS S., NAGY L., MÁTYÁS CS. (2009): Current status of European beech (Fagus sylvatica L.) genetic resources in Hungary. Communicationes Instituti Forestalis Bohemicae, Praha [26] MÁTYÁS CS., BOROVICS A., NAGY L., UJVÁRINÉ JÁRMAY É. (2009): Genetically set response of trees to climatic change, with special regard to the xeric (retreating) limits. Forstarchiv, Hannover, 80: Poszter MÁTYÁS CS., NAGY L. (2001): Adaptational pattern of East- European Scots pine populations. Nachhaltige Nutzung forstgenetischer Ressourcen, , Pirna, Németország NAGY L. (2008): Erdei fafajaink génkészletének megőrzése. Az Országos Erdészeti Egyesület 139. Vándorgyűlése, , Debrecen Előadás KOLTAY A., NAGY L. (2000): Erdei és feketefenyő klónok eltérő érzékenysége néhány tűelhalást előidéző kórokozóval szemben. Növényvédelmi Tudományos Napok, , Budapest NAGY L., MÁTYÁS CS. (2000): Modellierung der phänotypischen Variation von eurosibirischen 13

16 Kieferherkünften. Nachhaltige Nutzung forstgenetischer Ressourcen, , Pirna, Németország KOLTAY A., NAGY L. (2001): Változatosság a hajtáspusztulást, tűvörösödést előidéző kórokozókkal szembeni érzékenység tekintetében erdei- és feketefenyőn. VII. Növénynemesítési Tudományos Napok, , Budapest MÁTYÁS CS., NAGY L. (2001): Az erdészeti genetikai erőforrások megőrzése. VII. Növénynemesítési Tudományos Napok, , Budapest BOROVICS A., GERGÁCZ J., NAGY L. (2002): A biológiai alapok hasznosítása az erdészetben. Az erdészeti kutatás szerepe az ágazat fejlesztésében, , Budapest NAGY L. (2002): National activities on gene conservation of noble hardwoods. EUFORGEN Noble Hardwoods Network Meeting 6, , Alter do Chao, Portugália NAGY L. (2002): Erdeifenyő populációk adaptív változatossága. Az Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság Erdészeti Szakosztályának II. Erdészeti Szakkonferenciája, , Ojtoz MÁTYÁS CS., NAGY L. (2004): Konservativität der Anpassung im Klimawandel - aus der Sicht eines transkontinentalen Kiefern-Provenienzversuches. Forum Genetetik-Wald-Forstwirtschaft, , Teisendorf, Németország NAGY L. (2005): Őshonos fafajaink genetikai hátterének megőrzése. A szaporítóanyag-gazdálkodás és erdőművelés természetközeli módszerei Szakmai Nap, , Sárvár 14

17 MÁTYÁS CS., NAGY L., UJVÁRINÉ JÁRMAY É. (2005): Az alkalmazkodás genetikai tartalékának elemzése származási kísérletek alapján. VIII. Erdő- Vad- és Fatudományi Fórum, MTA, Budapest, máj. 17. NAGY L. (2006): Cönológiai felvételek Pro Silva mintaterületeken. Pro Silva szakmai napok és konzultáció, , Ivánc MÁTYÁS CS., NAGY L., UJVÁRINÉ JÁRMAY É. (2006): Az adaptáció és tolerancia genetikai korlátai. Az Éghajlati bizonytalanság és a hazai erdőtakaró fenyegetettsége: hatás-előrejelzés és felkészülés program záró konferenciája, , Mátrafüred NAGY L. (2007): Conservation of forest genetic resources. COST E44 Training School Plantation Timber new challenges, , Sopron MÁTYÁS CS., NAGY L., UJVÁRINÉ JÁRMAY É. (2007): Klimatikus stressz és a fafajok válaszreakciójának elemzése közös tenyészkerti kísérletek alapján. Nyugat- Magyarországi Egyetem Erdőmérnöki Kari Tudományos Konferencia, , Sopron NAGY L. (2008): Forest gene resources conservation in Hungary. 7th EUFORGEN Conifers Network Meeting, , Sopron MÁTYÁS CS., NAGY L., UJVÁRINÉ JÁRMAY É. (2008): A klímaváltozás hatása fafajaink alkalmazkodóképességére: elemzés és előrejelzés. Az Országos Erdészeti Egyesület 139. Vándorgyűlése, , Debrecen 15

18

19

20